礦區(qū)規(guī)劃環(huán)境評(píng)價(jià)中灰色關(guān)聯(lián)投影模型的應(yīng)用

孟 帥，王翠紅

（山西大學(xué)黃土高原研究所，山西 太原 030006）

1 引言

礦區(qū)規(guī)劃環(huán)境評(píng)價(jià)通過以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的科學(xué)預(yù)測評(píng)價(jià)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)旨在從可持續(xù)發(fā)展的理念出發(fā)，針對(duì)礦區(qū)資源開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)中存在的主要問題，通過對(duì)礦區(qū)規(guī)劃全面的分析，綜合評(píng)價(jià)規(guī)劃是否與礦區(qū)內(nèi)的資源和環(huán)境承載力相一致，分析可能產(chǎn)生的環(huán)境與社會(huì)影響，提出完善規(guī)劃的戰(zhàn)略措施與對(duì)策，進(jìn)一步促進(jìn)資源的合理利用、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局的優(yōu)化和調(diào)整，為促進(jìn)整個(gè)礦區(qū)全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展奠定科學(xué)的基礎(chǔ)。[1～3]

文章嘗試將灰色系統(tǒng)的理論方法引入礦區(qū)規(guī)劃環(huán)境評(píng)價(jià)中，從矢量投影角度出發(fā)，提出了一種新的多指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)投影模型，并應(yīng)用于晉城礦區(qū)的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)中，取得了較為滿意的研究成果。該方法概念清楚、涵義明確、算法簡單，是一種較理想的評(píng)價(jià)方法。[4～5]

2 灰色關(guān)聯(lián)投影模型的建立

礦區(qū)環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，涉及諸多因素，由于因素的不確定性，使得該系統(tǒng)成為一個(gè)灰色系統(tǒng)。根據(jù)礦區(qū)多維的內(nèi)涵特征，采取單一的指標(biāo)來度量礦區(qū)的發(fā)展水平是不夠的，有必要構(gòu)建一個(gè)復(fù)合指標(biāo)體系來測定礦區(qū)的和諧程度。文章從矢量投影角度出發(fā)，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論，建立了礦區(qū)環(huán)境規(guī)劃評(píng)價(jià)的灰色關(guān)聯(lián)模型。

2.1 矩陣的構(gòu)造

在評(píng)價(jià)體系中評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)樣本及理想樣本共同組成一個(gè)樣本矩陣。

以評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，建立標(biāo)準(zhǔn)矩陣。

對(duì)評(píng)價(jià)樣本進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要目的是為了通過對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)樣本的評(píng)價(jià)指標(biāo)與理想樣本的距離分析，確定它隸屬于環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)矩陣中的哪一級(jí)。

2.2 矩陣元素的歸一化

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)值量綱的不統(tǒng)一，因此需要對(duì)樣本矩陣和標(biāo)準(zhǔn)矩陣中的元素進(jìn)行歸一化。這樣所有的指標(biāo)值都轉(zhuǎn)化為0～l間的數(shù)值。

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度判斷矩陣的構(gòu)造

灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想就是反映序列間的相互關(guān)聯(lián)程度，在這里就是要反映各個(gè)評(píng)價(jià)樣本與理想樣本間的關(guān)聯(lián)程度，以此作為確定評(píng)價(jià)樣本隸屬標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的依據(jù):經(jīng)過歸一化后的樣本矩陣，可得到子序列與母序列間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，同理可以得到各級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與l級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和相應(yīng)的灰色關(guān)聯(lián)度判斷矩陣。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)投影值的計(jì)算

（1）確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重大小不同，所以必須確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重，體現(xiàn)出各評(píng)價(jià)因子在評(píng)價(jià)體系中的作用大小。

（2）構(gòu)造增廣型加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度判斷矩陣。這樣，可以對(duì)上述矩陣進(jìn)行分析，進(jìn)而反映出各評(píng)價(jià)樣本與理想樣本間的關(guān)聯(lián)程度，確定其隸屬的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。

（3）求模的大小。模的大小可以彌補(bǔ)夾角余弦法的不足，但其不能反映評(píng)價(jià)樣本與理想樣本之間的變動(dòng)方向。如果變動(dòng)方向相反，模越大則樣本越惡劣，因此模的大小和夾角余弦大小的結(jié)合才能全面準(zhǔn)確反映評(píng)價(jià)樣本與理想樣本之間的接近程度。

（4）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)投影值。

2.5 評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)計(jì)算出的灰色關(guān)聯(lián)投影值的大小，可以得到評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)投影值的大小可以得到環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣，投影值越大，表明其與理想樣本越接近，即環(huán)境質(zhì)量越高，反之越低。[6～8]

3 實(shí)例分析——以山西省晉東煤炭基地晉城礦區(qū)為例

3.1 研究區(qū)域概況

晉城礦區(qū)位于山西省東南部太行山西側(cè)，沁水煤田南端。行政區(qū)劃隸屬晉城市城區(qū)、陵川縣、澤州縣、沁水縣、高平市，長治市的長子縣、長治縣等。地理位置介于東經(jīng) 115°55″～113°36″，北緯35°12″～36°04″之間。礦區(qū)東西長為 39～117 k m，南北寬約 37～72 k m，面積約6200.7 k m2。礦區(qū)內(nèi)煤炭生產(chǎn)的大型國有企業(yè)為晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，現(xiàn)有生產(chǎn)礦井7對(duì)，即在老區(qū)的古書院礦、王臺(tái)鋪礦、鳳凰山礦和新區(qū)的寺河礦、成莊礦、長平礦及北部新投產(chǎn)的趙莊礦。7個(gè)生產(chǎn)礦井核定總能力為36.30 M t/a，其中老區(qū)9.40 M t/a，新區(qū)26.90 M t/a。礦區(qū)內(nèi)地方勞改及合資礦3個(gè)，設(shè)計(jì)（核定）生產(chǎn)能力6.50 M t/a。礦區(qū)內(nèi)地方蘭花集團(tuán)目前下屬7個(gè)生產(chǎn)礦井，1個(gè)在建礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力共計(jì)9.60 M t/a。根據(jù)山西省煤炭資源整合和有償使用工作領(lǐng)導(dǎo)組辦公室相關(guān)文件，資源整合后礦區(qū)地方煤礦419處，采礦許可證能力共計(jì)75.84 M t/a。[9]

3.2 晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

根據(jù)構(gòu)建指標(biāo)的全面性、獨(dú)立性、科學(xué)性、動(dòng)態(tài)性、可操作性等原則，結(jié)合可獲取的資料，工作人員選取了4大類共12項(xiàng)指標(biāo)，形成一個(gè)多層次的評(píng)價(jià)分析結(jié)構(gòu)模型，分為自然資源指標(biāo)、環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平指標(biāo)和社會(huì)生活水平指標(biāo)。如：

3.2.2 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定是礦區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)十分重要的內(nèi)容。遵循評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確立原則，初步確定了晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀值，見表1。

表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀值

3.3 晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性綜合評(píng)價(jià)

3.3.1 矩陣的構(gòu)造及歸一化

由表1可以分別建立樣本矩陣X12×2和標(biāo)準(zhǔn)矩陣S12×5：

根據(jù)（1）和（2）式，分別對(duì)樣本矩陣 X12×2和標(biāo)準(zhǔn)矩陣 S12×5，進(jìn)行歸一化處理，得到樣本歸一矩陣A12×2和標(biāo)準(zhǔn)歸一矩陣B12×5：

3.3.2 灰色關(guān)聯(lián)度判斷矩陣的構(gòu)造

由（3）式可以分別計(jì)算出樣本歸一矩陣R12×2和標(biāo)準(zhǔn)歸一矩陣 T12×5：

3.3.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)層次分析法和專家打分的方法，計(jì)算出了晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性各評(píng)價(jià)因子的初始權(quán)重依次為=（0.0135，0.0277，0.0234，0.04，0.068，0.0185，0.0411，0.0138，0.0061，0.0611，0.0184，0.0084）T。

3.3.4 灰色關(guān)聯(lián)投影值計(jì)算

在加權(quán)向量的作用下，構(gòu)造增廣型加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度判斷矩陣 Z12×5和 Q12×5。

由式（5）計(jì)算得出樣本的灰色投影角為c o s θ=0.9552。

然后由式（7）計(jì)算出了評(píng)價(jià)樣本灰色關(guān)聯(lián)投影值Y D=（理想值，現(xiàn)狀值）=（1，0.3021）和標(biāo)準(zhǔn)矩陣灰色關(guān)聯(lián)投影值 B D=（1級(jí)，2級(jí)，3級(jí)，4級(jí)，5級(jí)）=（1，0.359，0.249，0.186，0.142，0.126）；其次，根據(jù)計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)矩陣灰色關(guān)聯(lián)投影值及式（9）將晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性分為以下5個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，目前晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性灰色關(guān)聯(lián)投影值為YD=0.3021，根據(jù)上述的評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，目前晉城礦區(qū)生態(tài)脆弱性屬3級(jí)，僅處于一般狀態(tài)。礦區(qū)主要屬于中度脆弱區(qū)，且該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱的主要原因是不合理的耕作習(xí)慣和一些氣候條件所致。因此，只要嚴(yán)格按計(jì)劃施工，及時(shí)進(jìn)行檢測并采取必要的防范措施，評(píng)價(jià)區(qū)煤炭資源的開采不會(huì)對(duì)整個(gè)區(qū)域的生態(tài)構(gòu)成大的威脅，并且該評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際取得了較好的一致性。

4 結(jié)束語

?在灰色關(guān)聯(lián)投影模型中，評(píng)價(jià)樣本與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)被視為多維向量，并向同一矢量進(jìn)行投影，求出了各自的投影值。由于矢量投影值等于模型矢量夾角余弦兩部分的乘積。因此它能更為全面、準(zhǔn)確地反映出評(píng)價(jià)樣本與理想樣本兩矢量間的接近程度。

在指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)量少的情況下，采用灰色關(guān)聯(lián)投影模型進(jìn)行煤礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)，所得到的結(jié)果符合實(shí)際情況，而且與其他方法所求結(jié)果較為相近，相比其他方法有很多優(yōu)點(diǎn)，可以簡明直觀的揭示引起生態(tài)脆弱性在不同區(qū)域差異的主導(dǎo)因素和空間分異規(guī)律,并可以為礦區(qū)規(guī)劃提供理論依據(jù)等。研究結(jié)果表明，灰色關(guān)聯(lián)投影模型涵義明確，計(jì)算方法簡單，可操作性強(qiáng),在礦區(qū)規(guī)劃的環(huán)境評(píng)價(jià)中應(yīng)廣泛應(yīng)用。

由于我國幅員遼闊，礦區(qū)的自然條件差異大，礦區(qū)的發(fā)展水平不平衡，很難用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)價(jià)差異性較大的礦區(qū)。因此，礦區(qū)規(guī)劃沒有絕對(duì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，任何標(biāo)準(zhǔn)都是相對(duì)的，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的選擇可依據(jù)評(píng)價(jià)目的來確定。

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